專利名稱:具有過激勵電路的運(yùn)算放大器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域:
接下來的公開涉及一種包括過激勵電路的運(yùn)算放大器,更具體地講,涉及一種包括過激勵電路的運(yùn)算放大器,所述過激勵電路能夠當(dāng)RC延遲時間更大時通過輸出比目標(biāo)電壓更高的電壓來在操作時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓。
背景技術(shù):
通常,具有兩個輸入端子和一個輸出端子的運(yùn)算放大器是用于放大兩個輸入端子的電壓之間的差的放大器。運(yùn)算放大器的輸入端子被配置為差分放大器,并且由于可通過使用運(yùn)算放大器來配置用于執(zhí)行四個基本算術(shù)運(yùn)算的電路,因此在運(yùn)算符的意義上其被稱為“運(yùn)算放大器”。實(shí)際上,運(yùn)算放大器具有非常高的電壓增益和輸入阻抗以及非常小的輸出阻抗。圖1示出一般運(yùn)算放大器,圖2是運(yùn)算放大器的時序圖。參照圖1和圖2,輸入電壓Vin被施加到運(yùn)算放大器10的輸入端子(+),并且輸入端子(_)連接到輸出端子Vout。電阻器Rd和電容器Cd連接到輸出端子Vout。當(dāng)具有特定電平的輸入電壓Vin被施加到輸入端子(+)時,從輸出端子Vout輸出已經(jīng)被放大為具有特定電平的輸入電壓Vin。運(yùn)算放大器10可應(yīng)用于液晶顯示器(IXD)的數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片,并且在這種情況下, 運(yùn)算放大器10被包括在數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片的輸出端子中。在數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片中,運(yùn)算放大器10 被用作將輸入電壓輸出到數(shù)據(jù)線的模擬緩沖器,并在這種情況下,考慮到等同電路,數(shù)據(jù)線包括高負(fù)載(例如,電阻器Rd和電容器Cd)。這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器的電壓具有足夠高的轉(zhuǎn)換速率(slew rate)以允許電容器的輸出端子Cout的電壓在操作時間T內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓Vt。這里,轉(zhuǎn)換速率是表示輸出電壓相對于輸入電壓增加多快的溫度計(jì),也被稱為輸出電壓的“增加率”。然而,在這種情況下,當(dāng)由于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電阻器Rd和電容器 Cd的值大,故RC延遲時間相對大而操作時間T相對小時,不論運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率多快, RC延遲時間都很大,因此在確定的操作時間T內(nèi)輸出端子Cout的電壓不能達(dá)到目標(biāo)電壓 Vt。
發(fā)明內(nèi)容
在一個總體方面,提供一種運(yùn)算放大器,包括過激勵電路,過激勵電路包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子,輸入電壓被施加到第一輸入端子,第二輸入端子連接到輸出端子,施加到第一輸入端子的輸入電壓被過激勵以具有特定電平以被輸出到輸出端子,所述運(yùn)算放大器包括第一過激勵單元和第二過激勵單元,被配置以分別在上升沿和下降沿執(zhí)行過激勵操作。運(yùn)算放大器可包括第一級單元,包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子, 第一級單元被配置以提供第一偏置電流;第一過激勵單元,連接到第一級單元,第一過激勵單元被配置以提供用于在上升沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;第二過激勵單元,連接到第一級單元,第二過激勵單元被配置以提供用于在下降沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;緩沖器單元,連接到第一過激勵單元和第二過激勵單元,緩沖器單元被配置以提供輸出電壓。在運(yùn)算放大器中,第一級單元可包括第一 PMOS晶體管、第二 PMOS晶體管、第一 NMOS晶體管、第二 NMOS晶體管,第一 PMOS晶體管包括柵極,連接到輸入端子;源極;連接到第一電流源;漏極,連接到第一節(jié)點(diǎn);第二 PMOS晶體管包括柵極,連接到輸出端子;源極,連接到第一電流源;漏極,連接到第二節(jié)點(diǎn);第一NMOS晶體管包括柵極,連接到輸入端子;源極,連接到第二電流源;漏極,連接到第三節(jié)點(diǎn);第二 NMOS晶體管包括柵極,連接到輸出端子;源極,連接到第二電流源;漏極,連接到第四節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)算放大器中,第一過激勵單元可包括第三PMOS晶體管和第四PMOS晶體管, 第三PMOS晶體管包括柵極,被施加第一偏置電壓;源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到第五節(jié)點(diǎn);第四PMOS晶體管包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,連接到第五節(jié)點(diǎn);漏極,連接到第四節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)算放大器中,第一過激勵單元可包括第一開關(guān),第一開關(guān)包括連接到第四 PMOS晶體管的漏極的一端;連接到第四節(jié)點(diǎn)的另一端。在運(yùn)算放大器中,響應(yīng)于第一開關(guān)接通,運(yùn)算放大器可被配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。在運(yùn)算放大器中,第二過激勵單元可包括第三NMOS晶體管和第四NMOS晶體管, 第三NMOS晶體管包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到第八節(jié)點(diǎn);漏極,連接到第二節(jié)點(diǎn);第四NMOS晶體管包括柵極,被施加第二偏置電壓;源極,連接到地電壓;漏極,連接到第八節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)算放大器中,第二過激勵單元可包括第二開關(guān),第二開關(guān)包括連接到第二節(jié)點(diǎn)的一端;連接到第三NMOS晶體管的漏極的另一端。在運(yùn)算放大器中,響應(yīng)于第二開關(guān)接通,運(yùn)算放大器可被配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。在運(yùn)算放大器中,緩沖器單元可包括CMOS型晶體管。在運(yùn)算放大器中,緩沖器單元可包括第五PMOS晶體管和第五NMOS晶體管,第五 PMOS晶體管包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到輸出端子; 第五NMOS晶體管包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到地電壓;漏極,連接到輸出端子。在運(yùn)算放大器中,緩沖器單元可包括NMOS型晶體管。在運(yùn)算放大器中,緩沖器單元可包括第六NMOS晶體管和第七NMOS晶體管,第六 NMOS晶體管包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);漏極,被施加驅(qū)動電壓;源極,連接到輸出端子; 第七NMOS晶體管包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到地電壓;漏極,連接到輸出端子。運(yùn)算放大器可還包括電壓檢測單元,位于緩沖器單元和第一過激勵單元之間,電壓檢測單元被配置以操作第一過激勵單元。在運(yùn)算放大器中,電壓檢測單元可包括第六PMOS晶體管和第八NMOS晶體管,第六PMOS晶體管包括柵極,被施加第三偏置電壓;源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到第四PMOS晶體管的柵極;第八NMOS晶體管包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,連接到輸出端子;漏極,連接到第四PMOS晶體管的柵極。在運(yùn)算放大器中,響應(yīng)于緩沖器單元包括NMOS型晶體管,第一過激勵單元可還被配置為這樣操作運(yùn)算放大器被配置以在上升沿執(zhí)行過激勵操作。在運(yùn)算放大器中,緩沖器單元可包括PMOS型晶體管。在運(yùn)算放大器中,緩沖器單元包括第七PMOS晶體管和第八PMOS晶體管,第七 PMOS晶體管包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到輸出端子; 第八PMOS晶體管包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);漏極,連接到地電壓;源極,連接到輸出端子。運(yùn)算放大器可還包括電壓檢測單元,位于緩沖器單元和第二過激勵單元之間,電壓檢測單元被配置以操作第二過激勵單元。在運(yùn)算放大器中,電壓檢測單元可包括第九PMOS晶體管和第九NMOS晶體管, 第九PMOS晶體管包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到輸出端子;漏極,連接到第三 NMOS晶體管的柵極;第九NMOS晶體管包括柵極,被施加第四偏置電壓;源極,被施加地電壓;漏極,連接到第三NMOS晶體管的柵極。在運(yùn)算放大器中,響應(yīng)于緩沖器單元包括PMOS型晶體管,第二過激勵單元可還被配置為這樣操作運(yùn)算放大器被配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。在另一總體方面中,提供了一種運(yùn)算放大器,包括過激勵電路,過激勵電路包括 第一輸入端子,配置以接收輸入電壓;第二輸入端子,配置以接收輸入電壓;輸出端子,第二輸入端子連接到輸出端子,施加到第一輸入端子的輸入電壓被過激勵為具有特定電平以被輸出到輸出端子;第一過激勵單元,配置以在上升沿執(zhí)行過激勵操作;第二過激勵單元, 配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。在另一總體方面中,提供了一種運(yùn)算放大器的方法,所述運(yùn)算放大器包括過激勵電路,過激勵電路包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子,輸入電壓被施加到第一輸入端子,第二輸入端子連接到輸出端子,施加到第一輸入端子的輸入電壓被過激勵為具有特定電平以被輸出到輸出端子,所述方法包括采用第一過激勵單元和第二過激勵單元以分別在上升沿和下降沿執(zhí)行過激勵操作。所述方法可還包括采用包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子的第一級單元提供第一偏置電流;采用連接到第一級單元的第一過激勵單元提供用于在上升沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;采用連接到第一級單元的第二過激勵單元提供用于在下降沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;采用連接到第一過激勵單元和第二過激勵單元的緩沖器單元提供輸出電壓。所述方法可還包括響應(yīng)于包括在第一過激勵單元中的第一開關(guān)接通,在上升沿執(zhí)行過激勵操作。所述方法可還包括響應(yīng)于包括在第二過激勵單元中的第二開關(guān)接通,在下降沿執(zhí)行過激勵操作。在所述方法中,緩沖器單元可包括CMOS型晶體管。在所述方法中,緩沖器單元可包括匪OS型晶體管。所述方法可還包括采用位于緩沖器單元和第一過激勵單元之間的電壓檢測單元操作第一過激勵單元。所述方法可還包括響應(yīng)于緩沖器單元包括NMOS型晶體管,操作第一過激勵單元,從而所述方法還包括在上升沿執(zhí)行過激勵操作。在所述方法中,緩沖器單元可包括PMOS型晶體管。所述方法可還包括采用位于緩沖器單元和第二過激勵單元之間的電壓檢測單元來操作第二過激勵單元。所述方法可還包括響應(yīng)于緩沖器單元包括PMOS型晶體管,操作第二過激勵單元,從而所述方法還包括在下降沿執(zhí)行過激勵操作。通過下面的詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求,其他特征和方面可以是清楚的。
圖1示出一般運(yùn)算放大器。圖2是運(yùn)算放大器的時序圖。圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的電路圖。圖4是根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的操作的時序圖。圖5是根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的電路圖。圖6是根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的操作的時序圖。圖7是根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的電路圖。圖8是顯示根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的操作的時序圖。在整個附圖和詳細(xì)描述中,除非另有說明,相同的附圖標(biāo)號應(yīng)被理解為指示相同元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清楚、例證和方便可放大這些元件的相對大小和描繪。
具體實(shí)施例方式提供接下來的詳細(xì)描述來幫助讀者獲得對這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理解。因此,將向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來建議這里描述的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法的各種改變、修改和等同物。這里描述的處理步驟和/或操作的進(jìn)程是示例;然而,除必須以特定順序發(fā)生的步驟和/或操作以外,步驟和/或操作的順序不限于這里所闡述的,并且可如在本領(lǐng)域公知的,步驟和/或操作的順序可改變。此外,為了增加清楚和簡潔,可省略對公知功能和構(gòu)造的描述。圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的電路圖;圖4是根據(jù)示例實(shí)施例的顯示包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的操作的時序圖。參照圖3,根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器1000可包括第一級單元100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元300、第二級單元400和緩沖器單元500。第一級單元100可包括兩個輸入端子和一個輸出端子,并且可提供偏置電流。此外,第一級單元100可包括PMOS (或者P型)晶體管Pll和P12、NM0S (或η型)晶體管Nll 和Ν12以及電流源Il和12。輸入電壓Vin可施加到PMOS晶體管Pll的柵極和匪OS晶體管附1的柵極。PMOS 晶體管Ρ12的柵極和NMOS晶體管W2的柵極可連接到輸出電壓Vout。
例如,PMOS晶體管Pll的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)N9,PM0S晶體管P12的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)mo。NMOS晶體管mi的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)n5,nmos晶體管m2的漏極可連接到節(jié)點(diǎn) N6。節(jié)點(diǎn)N5和第二級電路400之間的節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)N3。電流111流入節(jié)點(diǎn)N3,電流113從節(jié)點(diǎn)N3流出。節(jié)點(diǎn)N9和第二級電路400之間的節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)N7。電流123流入節(jié)點(diǎn)N7,電流121從節(jié)點(diǎn)N7流出。電流源Il可連接到PMOS晶體管Pll和P12的源極,電流12可連接到NMOS晶體管Nll和Nl2的源極。第一過激勵單元200可連接到第一級單元100,并且可在上升沿提供用于過激勵操作的補(bǔ)償電流Irod。此外,第一過激勵單元200可包括PMOS晶體管P13和P14以及開關(guān) Sffl0偏置電壓Vbp可施加到PMOS晶體管P13的柵極,并且驅(qū)動電壓Vdd可施加到PMOS 晶體管P13的源極。PMOS晶體管P14的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)Ni,并且PMOS晶體管P14的源極可在節(jié)點(diǎn)附05連接到PMOS晶體管P13的漏極。開關(guān)SWl的一端可連接到PMOS晶體管 P14的漏極,其另一端可連接到節(jié)點(diǎn)N4。電流112流入節(jié)點(diǎn)N4,電流114從節(jié)點(diǎn)N4流出。例如,開關(guān)SWl可確定運(yùn)算放大器的模式。響應(yīng)于開關(guān)SWl接通,運(yùn)算放大器可操作在過激勵模式。響應(yīng)于開關(guān)SWl斷開,運(yùn)算放大器可操作在正常模式。在一個示例中,運(yùn)算放大器可在上升沿作為過激勵電路操作,在上升沿,電壓從低電平改變?yōu)楦唠娖?。第二過激勵單元300可連接到第一級單元100,并且可在下降沿提供用于過激勵操作的補(bǔ)償電流Ifod。此外,第二過激勵單元300可包括NMOS晶體管N13和附4以及開關(guān) Sff 2 οNMOS晶體管N13的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)N2,NMOS晶體管N13的漏極可連接到開關(guān) SW2的一端,NMOS晶體管附3的源極可在節(jié)點(diǎn)附06連接到NMOS晶體管附4的漏極。偏置電壓Vbn可施加到NMOS晶體管附4的柵極,NMOS晶體管附4的源極可連接到地電壓GND。 開關(guān)SW2的一端可連接到NMOS晶體管附3的漏極,開關(guān)SW2的另一端可連接到節(jié)點(diǎn)N8。電流124流入節(jié)點(diǎn)N8,電流122流出節(jié)點(diǎn)N8。例如,開關(guān)SW2可確定運(yùn)算放大器的模式。響應(yīng)于開關(guān)SW2接通,運(yùn)算放大器可操作在過激勵模式。響應(yīng)于開關(guān)SW2斷開,運(yùn)算放大器可操作在正常模式。在一個示例中,運(yùn)算放大器可在下降沿作為過激勵電路操作,在下降沿,電壓從高電平改變?yōu)榈碗娖健5诙墕卧?00可根據(jù)電路設(shè)計(jì)者來改變。例如,第二級單元400可被設(shè)計(jì)為電路,諸如共源極放大器。緩沖器單元500可連接到第一過激勵單元200和第二過激勵單元300,并且可提供輸出電壓Vout。緩沖器單元500可形成為包括PMOS晶體管P15和NMOS晶體管W5的 CMOS型晶體管。PMOS晶體管P15的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)附,驅(qū)動電壓Vdd可施加到PMOS晶體管P15 的源極,并且PMOS晶體管P15的漏極可連接到運(yùn)算放大器1000的輸出端子。NMOS晶體管 N15的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)N2,NMOS晶體管W5的漏極可連接到運(yùn)算放大器的輸出端子,并且NMOS晶體管附5的源極可連接到地電壓GND。例如,由于可在圖4的上升沿輸出與輸入電壓Vin相比過激勵的輸出電壓Vout,因此緩沖器單元500的PMOS晶體管P15可被設(shè)計(jì)為大于第一過激勵單元200的PMOS晶體管P14的寬度。此外,由于可在圖4的下降沿輸出與輸入電壓Vin相比過激勵的輸出電壓Vout, 因此緩沖器單元500的NMOS晶體管N15可設(shè)計(jì)為大于第二過激勵單元300的匪OS晶體管 N13的寬度?,F(xiàn)在將參照圖3和圖4來描述包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的上升沿過激勵操作。參照圖3和圖4,根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器1000可輸出已經(jīng)通過運(yùn)算放大器1000被過激勵以具有特定電平的輸出電壓VoutVout。例如,假設(shè)第一過激勵單元200的開關(guān)SWl接通,則運(yùn)算放大器1000可在上升沿操作在過激勵模式。此時, 第二過激勵單元300可不操作。圖4中的區(qū)間“A”指示運(yùn)算放大器可在上升沿操作在過激勵模式的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器在上升沿操作在過激勵模式,輸入電壓Vin可以以穩(wěn)定的狀態(tài)逐漸增加。此時,低電平電壓可被施加到緩沖器單元500的PMOS晶體管P15的柵極,以驅(qū)動高負(fù)載(例如,連接到輸出端子的RC電路),從而PMOS晶體管P15可導(dǎo)通。例如,由于 PMOS晶體管P14的柵極連接到節(jié)點(diǎn)Ni,低電平電壓可被施加到連接到節(jié)點(diǎn)m的PMOS晶體管P14的柵極,導(dǎo)通PMOS晶體管P14。當(dāng)假設(shè)以具有特定電平的偏置電壓Vbp被施加到PMOS晶體管P13的柵極時,PMOS 晶體管P13可導(dǎo)通以產(chǎn)生向前方向的補(bǔ)償電流Irod。在一個示例中,補(bǔ)償電流Irod可通過開關(guān)SWl流到節(jié)點(diǎn)N4。例如,假設(shè)流到節(jié)點(diǎn)N3的電流是I11,流到節(jié)點(diǎn)N4的電流是I12,流到節(jié)點(diǎn)N5的電流是I13并且流到節(jié)點(diǎn)N6的電流是I14 ;可建立下面顯示的等式1和等式2。在一個示例中, 由于與輸入電壓Vin相比過激勵的輸出電壓Vout將被輸出到輸出端子,等式1和等式2應(yīng)該相等。[等式1]I13 = I11[等式2]I14 = I12+Irod例如,假設(shè)流到第一級單元100的電流I11和I12在穩(wěn)定狀態(tài)下應(yīng)該相等。因此,當(dāng)補(bǔ)償電流Irod可流過開關(guān)SWl到達(dá)節(jié)點(diǎn)N4時,可獲得下面顯示的等式3。在一個示例中, 補(bǔ)償電流Irod可在向前方向上流動并且具有正(+)值。[等式3]I14 = I13+Irod因此,由等式3表示的I13+Irod的電流I14可流到N6,從而如圖4所示與輸入電壓 Vin相比已經(jīng)被“b”過激勵的輸出電壓Vout可輸出到輸出端子。圖4中的區(qū)間“B”指示運(yùn)算放大器可操作在穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器操作在穩(wěn)定狀態(tài),第一過激勵單元200的開關(guān)SWl可斷開,釋放過激勵模式。響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓接近于目標(biāo)電壓Vt(例如,“a”),節(jié)點(diǎn)m的電壓可被增加,PMOS晶體管P14可逐漸截止,并且補(bǔ)償電流Irod可變小,從而減小從輸出端子輸出的過激勵電壓。
響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓到達(dá)目標(biāo)電壓Vt (例如,“a”),節(jié)點(diǎn)m的電壓可變?yōu)榈扔谀繕?biāo)電壓Vt,PM0S晶體管P14可完全截止, 并且補(bǔ)償電流Irod可不流動。因此,從輸出端子輸出的電壓可變?yōu)榈扔谳斎腚妷篤in?,F(xiàn)在將參照圖3和圖4來描述包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的下降沿過激勵操作。如圖3和圖4所示,對于根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器,響應(yīng)于輸入電壓Vin輸入到運(yùn)算放大器,可輸出已經(jīng)被過激勵以具有特定電平的輸出電壓Vout。 例如,假設(shè)第二過激勵單元300的開關(guān)SW2接通,運(yùn)算放大器可在下降沿操作在過激勵模式。此時,第一過激勵單元200可不操作。圖4中的區(qū)間“C”指示運(yùn)算放大器可在下降沿操作在過激勵模式的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器在下降沿操作在過激勵模式,輸入電壓Vin可在穩(wěn)定狀態(tài)下逐漸減小。此時,高電平電壓可施加到緩沖器單元500的NMOS晶體管W5的柵極,以驅(qū)動高負(fù)載(例如,連接到輸出端子的RC電路),從而NMOS晶體管N15可導(dǎo)通。例如,由于NMOS晶體管N13的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)N2,高電平電壓可施加到連接到節(jié)點(diǎn)N2的NMOS晶體管N13 的柵極,導(dǎo)通NMOS晶體管附3。當(dāng)假設(shè)具有特定電平的偏置電壓Vbn被施加到NMOS晶體管N14的柵極時,NMOS晶體管N14可導(dǎo)通以產(chǎn)生向后方向的補(bǔ)償電流Ifod。在一個示例中,補(bǔ)償電流Ifod可通過匪OS晶體管N14流到地電壓GND。例如,假設(shè)流到節(jié)點(diǎn)N7的電流是I21,流到節(jié)點(diǎn)N8的電流是I22,流到節(jié)點(diǎn)N9的電流是123,并且流到節(jié)點(diǎn)NlO的電流是I24 ;可建立下面顯示的等式(4)和等式(5)。在一個示例中,由于與輸入電壓Vin相比過激勵的輸出電壓Vout可輸出到輸出端子,因此等式(4) 和等式( 應(yīng)該相等。[等式4]I23 = I21[等式δ]I24 = I22+Ifod例如,假設(shè)流到第一級單元100的電流I21和I22在穩(wěn)定狀態(tài)下應(yīng)該相等。由于補(bǔ)償電流Ifod可流過NMOS晶體管N14到達(dá)地電壓GND,因此可獲得下面顯示的等式6。在一個示例中,補(bǔ)償電流Ifod可在向前方向上流動,并且可具有負(fù)(-)值。[等式6]I24 = I23+Ifod因此,由等式6表示的I23+Ifod的電流I24可流到節(jié)點(diǎn)附0,從而如圖4所示與輸入電壓Vin相比已經(jīng)被“d”過激勵的輸出電壓Vout可輸出到輸出端子。圖4中的區(qū)間“D”指示運(yùn)算放大器可操作在穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器操作在穩(wěn)定狀態(tài),第二過激勵單元300的開關(guān)SW2可斷開,釋放過激勵模式。響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓接近目標(biāo)電壓 Vt (例如“C”),節(jié)點(diǎn)N2的電壓可減小,NMOS晶體管N13可逐漸截止,并且補(bǔ)償電流Ifod可變小,因此減小從輸出端子輸出的過激勵電壓。響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vt (例如,“C”),節(jié)點(diǎn)N2的電壓可變?yōu)榈扔谀繕?biāo)電壓Vt,NM0S晶體管N13可完全截止, 并且補(bǔ)償電流Ifod可不流動。因此,從輸出端子輸出的電壓可變?yōu)榈扔谳斎腚妷篤in。圖5是根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的電路圖,圖6是顯示根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的操作的時序圖。參照圖5,根據(jù)示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器1010包括第一級單元 100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元300、第二級單元400、緩沖器單元510和電壓檢測單元610。例如,第一級單元100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元300和第二級單元 400可具有與先前示例實(shí)施例中的第一級單元100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元 300和第二級單元400相同的配置。緩沖器單元510可形成為包括NMOS晶體管N15和NMOS晶體管附6的NMOS型晶體管。例如,由于NMOS晶體管N16被使用在圖3的示例中的PMOS晶體管P15的位置,因此用于檢測第一過激勵單元200和緩沖器單元510之間的電壓的電壓檢測單元610可被使用。電壓檢測單元610可位于第一過激勵單元200和緩沖器510之間,并且可包括 PMOS晶體管P16和NMOS晶體管附7。偏置電壓Vbp’可被施加到PMOS晶體管P16的柵極,驅(qū)動電壓Vdd可被施加到PMOS 晶體管P16的源極,并且PMOS晶體管P16的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)mio。NMOS晶體管附7的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)Ni,NMOS晶體管附7的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)Nl 10,并且NMOS晶體管附7的源極可連接到運(yùn)算放大器1010的輸出端子?,F(xiàn)在將參照圖5和圖6來描述包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的上升沿過激勵操作。圖6中的區(qū)間“A”是運(yùn)算放大器可在上升沿操作在過激勵模式的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器在上升沿操作在過激勵模式,輸入電壓Vin可以以穩(wěn)定的狀態(tài)逐漸增加。在一個示例中,為了驅(qū)動高負(fù)載(例如,連接到輸出端子的RC電路)高電平電壓可被施加到緩沖器單元510的NMOS晶體管me的柵極以導(dǎo)通NMOS晶體管me,并且節(jié)點(diǎn)m 的電壓可具有高電平,從而連接到節(jié)點(diǎn)m的NMOS晶體管N17也可被導(dǎo)通。當(dāng)假設(shè)每個均以具有特定電平的偏置電壓Vbp和Vbp’被施加到第一過激勵單元 200的PMOS晶體管P13的柵極和電壓檢測單元610的PMOS晶體管P16的柵極時,PMOS晶體管P13和P16可被導(dǎo)通,從而節(jié)點(diǎn)miO的電壓可從驅(qū)動電壓Vdd降到輸出電壓Vout,并且連接到節(jié)點(diǎn)mio的PMOS晶體管P14可被導(dǎo)通以產(chǎn)生向前方向上的補(bǔ)償電流Irod。隨后,補(bǔ)償電流Irod可流到節(jié)點(diǎn)N4。因此,由等式3表示的I13+Irod的電流I14可流到節(jié)點(diǎn) N6,從而如圖6所示與輸入電壓Vin相比已經(jīng)被“b”過激勵的輸出電壓Vout可被輸出到輸出端子。圖6中的區(qū)間“B”是運(yùn)算放大器可操作在穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器操作在穩(wěn)定狀態(tài),第一過激勵單元200的開關(guān)SWl可斷開以釋放過激勵模式。 響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓變?yōu)榻咏谀繕?biāo)電壓Vt (諸如“a”),節(jié)點(diǎn)miO的電壓可增加,PMOS晶體管P14可逐漸截止,并且補(bǔ)償電流Irod可減小,從而從輸出端子輸出的過激勵電壓可被減小。響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vt (諸如,“a”),節(jié)點(diǎn)mio的電壓可等于目標(biāo)電壓Vt,PMOS晶體管P14可完全截止, 并且補(bǔ)償電流Irod可不流動,從而從輸出端子輸出的電壓可等于輸入電壓Vin。例如,圖5的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的下降沿過激勵操作和穩(wěn)定狀態(tài)操作可與圖3的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的下降沿過激勵操作和穩(wěn)定狀態(tài)操作相同。圖7是根據(jù)本發(fā)明另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的電路圖,圖 8是顯示根據(jù)本發(fā)明另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的操作的時序圖。參照圖7,根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的放大器1020可包括第一級單元100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元300、第二級單元400、緩沖器單元520和電壓檢測單元620。例如,第一級單元100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元300和第二級單元 400可具有與圖3的第一級單元100、第一過激勵單元200、第二過激勵單元300和第二級單元400相同的配置。緩沖器單元520可形成為包括PMOS晶體管P15和PMOS晶體管P18的PMOS型晶體管。例如,PMOS晶體管P18可被使用,來代替圖3的NMOS晶體管附5,從而用于檢測第二過激勵單元300和緩沖器單元520之間的電壓的電路可被使用。電壓檢測單元620可位于第二過激勵單元300和緩沖器單元520之間,并且可包括PMOS晶體管P17和NMOS晶體管附8。PMOS晶體管P17的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)N2,PMOS晶體管P17的源極可連接到運(yùn)算放大器的輸出端子,并且PMOS晶體管P17的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)m20。偏置電壓Vbn’可施加到NMOS晶體管ms的柵極,NMOS晶體管ms的漏極可連接到節(jié)點(diǎn)N120,并且NMOS晶體管附8的源極可連接到地電壓GND。例如,圖7的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的下降沿過激勵操作和穩(wěn)定狀態(tài)操作可以與圖3的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的下降沿過激勵操作和穩(wěn)定狀態(tài)操作相同?,F(xiàn)在將參照圖7和圖8來描述包括過激勵電路的運(yùn)算放大器的下降沿過激勵操作。參照圖7和圖8,根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括過激勵電路的運(yùn)算放大器可輸出當(dāng)輸入電壓Vin通過運(yùn)算放大器已經(jīng)被過激勵以具有特定電平時而獲得的輸出電壓Vout。例如,當(dāng)假設(shè)第二過激勵單元300的開關(guān)SW2接通時,運(yùn)算放大器可在下降沿操作在過激勵模式。在一個示例中,第一過激勵單元200可不操作。圖8中的區(qū)間“C”指示運(yùn)算放大器可在下降沿操作在過激勵模式的區(qū)間(或時間周期)。響應(yīng)于運(yùn)算放大器在下降沿操作在過激勵模式,輸入電壓Vin可以以穩(wěn)定狀態(tài)逐漸減小。此時,低電平電壓可被施加到緩沖器單元520的PMOS晶體管P18的柵極,以驅(qū)動高負(fù)載(諸如,連接到輸出端子的RC電路),從而PMOS晶體管P18可被導(dǎo)通。例如,由于 PMOS晶體管P17的柵極可連接到節(jié)點(diǎn)N2,因此低電平電壓可施加到連接到節(jié)點(diǎn)N2的PMOS 晶體管P17的柵極,導(dǎo)通PMOS晶體管P17。當(dāng)假設(shè)每個均具有特定電平的偏置電壓Vbn和Vbn’分別被施加到第二過激勵單元的NMOS晶體管m4的柵極和電壓檢測單元620的NMOS晶體管W8的柵極時,NMOS晶體管N14和N18可被導(dǎo)通,從而節(jié)點(diǎn)附20的電壓可從地電壓GND增加到輸出電壓Vout,并且連接到節(jié)點(diǎn)W20的NMOS晶體管W3可被導(dǎo)通,產(chǎn)生相反方向的補(bǔ)償電流Ifod。隨后,補(bǔ)償電流Ifod可通過NMOS晶體管N14流到地電壓GND。因此,由等式6表示的電流I24= I23+Ifod可流到節(jié)點(diǎn)附0,從而如圖8所示,與輸入電壓Vin相比已經(jīng)由“d”過激勵的輸出電壓Vout可被輸出到輸出端子。圖8中的區(qū)間“D”指示運(yùn)算放大器可操作在穩(wěn)定狀態(tài)下的區(qū)間(或時間周期)。 響應(yīng)于運(yùn)算放大器操作在穩(wěn)定狀態(tài),第二過激勵單元300的開關(guān)SW2可被斷開,釋放過激勵模式。響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓接近目標(biāo)電壓Vt (諸如,“C”),節(jié)點(diǎn)附20的電壓可減小,NMOS晶體管N13可逐漸截止,并且補(bǔ)償電流 Ifod可變小,因此減小從輸出端子輸出的過激勵電壓。響應(yīng)于連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的電容器的輸出端子Cout的電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vt (諸如,“C”),節(jié)點(diǎn)W20的電壓可變?yōu)榈扔谀繕?biāo)電壓Vt,NM0S晶體管N13可完全截止,并且補(bǔ)償電流Ifod可不流動。因此,從輸出端子輸出的電壓可變?yōu)榈扔谳斎腚妷篤in。如上所述,根據(jù)示例實(shí)施例的運(yùn)算放大器可將過激勵電路包括在其中,以輸出作為已經(jīng)被過激勵以具有特定電平的電壓的輸入電壓,減小由于連接到輸出端子的高負(fù)載而產(chǎn)生的RC延遲。因此,輸出電壓可在預(yù)定操作時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓,因此運(yùn)算放大器可被設(shè)計(jì)為具有高轉(zhuǎn)換速率。以上已經(jīng)描述了多個示例。然而,將理解可進(jìn)行各種修改。例如,如果以不同的順序執(zhí)行描述的技術(shù)和/或如果以不同的方式組合描述的系統(tǒng)、架構(gòu)、裝置或電路中的部件和/或由其他組件或它們的等同物來替代或補(bǔ)充,可實(shí)現(xiàn)合適的結(jié)果。作為示例,PMOS(ρ 型)晶體管和NM0S(n型)晶體管可以與相應(yīng)調(diào)整的其他電路交換。因此,其他實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)算放大器,包括過激勵電路,過激勵電路包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子,輸入電壓被施加到第一輸入端子,第二輸入端子連接到輸出端子,施加到第一輸入端子的輸入電壓被過激勵以具有特定電平以被輸出到輸出端子,所述運(yùn)算放大器包括第一過激勵單元和第二過激勵單元,被配置以分別在上升沿和下降沿執(zhí)行過激勵操作。
2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器,包括第一級單元,包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子,第一級單元被配置以提供第一偏置電流;第一過激勵單元,連接到第一級單元,第一過激勵單元被配置以提供用于在上升沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;第二過激勵單元,連接到第一級單元,第二過激勵單元被配置以提供用于在下降沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;緩沖器單元,連接到第一過激勵單元和第二過激勵單元,緩沖器單元被配置以提供輸出電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的運(yùn)算放大器,其中,第一級單元包括第一 PMOS晶體管,包括柵極,連接到輸入端子;源極;連接到第一電流源;漏極,連接到第一節(jié)點(diǎn);第二 PMOS晶體管,包括柵極,連接到輸出端子;源極,連接到第一電流源;漏極,連接到第二節(jié)點(diǎn);第一 NMOS晶體管,包括柵極,連接到輸入端子;源極,連接到第二電流源;漏極,連接到第三節(jié)點(diǎn);第二 NMOS晶體管,包括柵極,連接到輸出端子;源極,連接到第二電流源;漏極,連接到第四節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的運(yùn)算放大器,其中,第一過激勵單元包括第三PMOS晶體管,包括柵極,被施加第一偏置電壓;源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到第五節(jié)點(diǎn);第四PMOS晶體管,包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,連接到第五節(jié)點(diǎn);漏極,連接到第四節(jié)點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)算放大器,其中,第一過激勵單元包括第一開關(guān),第一開關(guān)包括連接到第四PMOS晶體管的漏極的一端; 連接到第四節(jié)點(diǎn)的另一端。
6.如權(quán)利要求5所述的運(yùn)算放大器,其中,響應(yīng)于第一開關(guān)接通,運(yùn)算放大器被配置以在上升沿執(zhí)行過激勵操作。
7.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)算放大器,其中,第二過激勵單元包括第三NMOS晶體管,包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到第八節(jié)點(diǎn);漏極,連接到第二節(jié)點(diǎn);第四NMOS晶體管,包括柵極,被施加第二偏置電壓;源極,連接到地電壓;漏極,連接到第八節(jié)點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)算放大器,其中,第二過激勵單元包括第二開關(guān),第二開關(guān)包括連接到第二節(jié)點(diǎn)的一端;連接到第三NMOS晶體管的漏極的另一端。
9.如權(quán)利要求8所述的運(yùn)算放大器,其中,響應(yīng)于第二開關(guān)接通,運(yùn)算放大器被配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。
10.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)算放大器,其中,緩沖器單元包括CMOS型晶體管。
11.如權(quán)利要求10所述的運(yùn)算放大器,其中,緩沖器單元包括第五PMOS晶體管,包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到輸出端子;第五NMOS晶體管,包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到地電壓;漏極,連接到輸出端子。
12.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)算放大器,其中,緩沖器單元包括NMOS型晶體管。
13.如權(quán)利要求12所述的運(yùn)算放大器,其中,緩沖器單元包括第六NMOS晶體管,包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);漏極,被施加驅(qū)動電壓;源極,連接到輸出端子;第七NMOS晶體管,包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到地電壓;漏極,連接到輸出端子。
14.如權(quán)利要求12所述的運(yùn)算放大器,還包括電壓檢測單元,位于緩沖器單元和第一過激勵單元之間,電壓檢測單元被配置以操作第一過激勵單元。
15.如權(quán)利要求14所述的運(yùn)算放大器,其中,電壓檢測單元包括第六PMOS晶體管,包括柵極,被施加第三偏置電壓;源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到第四PMOS晶體管的柵極;第八NMOS晶體管,包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,連接到輸出端子;漏極,連接到第四PMOS晶體管的柵極。
16.如權(quán)利要求12所述的運(yùn)算放大器,其中,響應(yīng)于緩沖器單元包括NMOS型晶體管,第一過激勵單元還被配置為這樣操作運(yùn)算放大器被配置以在上升沿執(zhí)行過激勵操作。
17.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)算放大器,其中,緩沖器單元包括PMOS型晶體管。
18.如權(quán)利要求17所述的運(yùn)算放大器,其中,緩沖器單元包括第七PMOS晶體管,包括柵極,連接到第六節(jié)點(diǎn);源極,被施加驅(qū)動電壓;漏極,連接到輸出端子;第八PMOS晶體管,包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);漏極,連接到地電壓;源極,連接到輸出端子。
19.如權(quán)利要求17所述的運(yùn)算放大器,還包括電壓檢測單元,位于緩沖器單元和第二過激勵單元之間,電壓檢測單元被配置以操作第二過激勵單元。
20.如權(quán)利要求19所述的運(yùn)算放大器,其中,電壓檢測單元包括第九PMOS晶體管,包括柵極,連接到第七節(jié)點(diǎn);源極,連接到輸出端子;漏極,連接到第三NMOS晶體管的柵極;第九NMOS晶體管,包括柵極,被施加第四偏置電壓;源極,被施加地電壓;漏極,連接到第三NMOS晶體管的柵極。
21.如權(quán)利要求17所述的運(yùn)算放大器,其中,響應(yīng)于緩沖器單元包括PMOS型晶體管,第二過激勵單元還被配置為這樣操作運(yùn)算放大器被配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。
22.一種運(yùn)算放大器,包括過激勵電路,過激勵電路包括第一輸入端子,配置以接收輸入電壓;第二輸入端子,配置以接收輸入電壓;輸出端子,第二輸入端子連接到輸出端子,施加到第一輸入端子的輸入電壓被過激勵為具有特定電平以被輸出到輸出端子;第一過激勵單元,配置以在上升沿執(zhí)行過激勵操作;第二過激勵單元,配置以在下降沿執(zhí)行過激勵操作。
23.一種運(yùn)算放大器的方法,所述運(yùn)算放大器包括過激勵電路,過激勵電路包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子,輸入電壓被施加到第一輸入端子,第二輸入端子連接到輸出端子,施加到第一輸入端子的輸入電壓被過激勵為具有特定電平以被輸出到輸出端子,所述方法包括采用第一過激勵單元和第二過激勵單元以分別在上升沿和下降沿執(zhí)行過激勵操作。
24.如權(quán)利要求23所述的方法,還包括采用包括第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子的第一級單元提供第一偏置電流;采用連接到第一級單元的第一過激勵單元提供用于在上升沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;采用連接到第一級單元的第二過激勵單元提供用于在下降沿執(zhí)行過激勵操作的補(bǔ)償電流;采用連接到第一過激勵單元和第二過激勵單元的緩沖器單元提供輸出電壓。
25.如權(quán)利要求M所述的方法,還包括響應(yīng)于包括在第一過激勵單元中的第一開關(guān)接通,在上升沿執(zhí)行過激勵操作。
26.如權(quán)利要求M所述的方法,還包括響應(yīng)于包括在第二過激勵單元中的第二開關(guān)接通,在下降沿執(zhí)行過激勵操作。
27.如權(quán)利要求M所述的方法,其中,緩沖器單元包括CMOS型晶體管。
28.如權(quán)利要求M所述的方法,其中,緩沖器單元包括NMOS型晶體管。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法,還包括采用位于緩沖器單元和第一過激勵單元之間的電壓檢測單元操作第一過激勵單元。
30.如權(quán)利要求觀所述的方法,還包括響應(yīng)于緩沖器單元包括NMOS型晶體管,操作第一過激勵單元,從而所述方法還包括在上升沿執(zhí)行過激勵操作。
31.如權(quán)利要求M所述的方法,其中,緩沖器單元包括PMOS型晶體管。
32.如權(quán)利要求31所述的方法,還包括采用位于緩沖器單元和第二過激勵單元之間的電壓檢測單元來操作第二過激勵單元。
33.如權(quán)利要求31所述的方法,還包括響應(yīng)于緩沖器單元包括PMOS型晶體管,操作過激勵單元,從而所述方法還包括在下降沿執(zhí)行過激勵操作。
全文摘要
提供了一種具有過激勵電路的運(yùn)算放大器及其方法。公開了一種包括過激勵電路的運(yùn)算放大器,當(dāng)RC延遲時間更大時,所述過激勵電路能夠通過輸出比目標(biāo)電壓更高的電壓在操作時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓。運(yùn)算放大器可包括過激勵電路,在過激勵電路中可提供第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子,輸入電壓可被施加到第一輸入端子,第二輸入端子可連接到輸出端子,并且施加到第一輸入端子的輸入電壓可被過激勵為具有特定電平以被輸出到輸出端子,所述運(yùn)算放大器可包括第一過激勵單元和第二過激勵單元,分別在上升沿和下降沿執(zhí)行過激勵操作。
文檔編號H03F3/45GK102386862SQ20111007271
公開日2012年3月21日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者鄭圭榮 申請人:美格納半導(dǎo)體有限公司